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煤氣化技術的基本原理范文1
【關鍵詞】甲醇 氣化 合成 空分
1.煤氣化制甲醇的重要意義
作為一種傳統的化工原料，甲醇在化工行業中一直扮演著極其重要的角色。隨著油價的日益上漲和甲醇應用領域的不斷拓展，甲醇及其衍生品的應用也越來越受到人們的重視。在市場需求的推動下，甲醇及其衍生物的生產迎來了發展的黃金時期。甲醇作為極其重要的一種化工原料，其下游衍生品也很豐富，這也是煤基甲醇化工可以代替部分石油化工的原因。傳統工藝上甲醇可以用來生產甲醛、合成橡膠、甲基叔丁基醚、對苯二甲酸二甲脂、氯甲烷、甲基丙烯酸甲脂、醋酸、甲胺等一系列有機化工產品。除了傳統應用，甲醇化工應用技術近期還取得了不少新的突破。
此外，甲醇制汽油（MTG）也是甲醇燃料應用的重要領域之一。除了?？松梨诠镜亩椒∕TG技術，中科院山西煤化所與化學工業第二設計院共同開發的一步法甲醇轉化制備汽油技術，已在其能源化工中試基地完成中試。與?？松梨诠镜募夹g相比，國產技術具有汽油選擇性高，工藝流程短，單程壽命長和催化劑穩定性等優勢。
2.煤制甲醇基本的工藝及設備介紹
2.1 煤炭的氣化
煤氣化技術是煤制甲醇工藝中的關鍵性。目前，國內外先進的煤氣化技術主要包括：荷蘭Shell公司的SCGP粉煤加壓氣化工藝、德國未來能源公司的GSP粉煤加壓氣化技術、美國Texaco公司德士古氣化工藝、德國Lurgi公司的Lurgi塊煤加壓氣化工藝等，本文以德士古氣化工藝為例進行氣化工藝的介紹。
2.2 煤漿制備
由輸送系統送來的原料煤干基（
2.3 氣化
在本工段，水煤漿與氧進行部分氧化反應制得粗合成氣。
煤漿由煤漿槽經煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒嘴進入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧氣發生主要反應如下：
CmHnSr+m/2O2mCO+（n/2-r）H2+rH2S
CO+H2OH2+CO2
氣化反應在氣化爐反應段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開氣化爐反應段的熱氣體和熔渣進入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸汽飽和后出氣化爐；氣體經文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。
氣化爐反應中生成的熔渣進入激冷室水浴后被分離出來，排入鎖斗，定時排入渣池，由扒渣機撈出后裝車外運。
2.4 合成氣的凈化
本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO2、全部硫化物、其它雜質和H2O。低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術，使用冷甲醇作為酸性氣體的吸收液，利用甲醇在零下60℃左右的低溫下對酸性氣體溶解度特別大的性質，分段選擇性地吸收原料氣中的CO2、H2S及各種有機硫等雜質，低溫甲醇洗工藝一般有林德和魯奇兩種，二者基本原理相同，并且技術都很成熟，只是在工程實施、工藝流程設計和設備設計上各有特點。
2.5 甲醇的合成
國內外使用的甲醇合成塔主要有冷管式、冷激式、固定管板列管式水管式和多床內換熱式合成塔。冷激式合成塔碳轉化率太低，能耗高，已基本淘汰：冷管式合成塔碳轉化率較高但副產的蒸汽僅為0.4MPa，大型裝置中很少采用；水管式合成塔傳熱系數較高，能更好地移走反應熱，縮小傳熱面積，并能多裝催化劑，同時可副產中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型，在60萬t以上大型裝置應用較為廣泛；固定管板由于列管需用特種的不銹鋼，因而造價最高；多床內換熱式合成塔由大型氨合成塔發展而來，目前氨合成塔均采用三床（四床）內換熱式合成塔。
2.6 甲醇的精餾
甲醇的精餾工藝，主要有ICI的兩塔流程和Lurgi三塔流程兩種。ICI兩塔工藝雖然工藝流程簡單、裝置投資省，但是能耗相對較高；而Lurgi三塔精餾工藝流程雖然相對較長，但操作能耗較ICI兩塔工藝流程低。從投資和能耗等方面來綜合考慮，對大、中型甲醇精餾裝置，三塔精餾工藝優點更加明顯。主要原因在于三塔型工藝流程設置有一個加壓操作（壓力為0.6～0.7 MPa）的主精餾塔，加壓塔塔頂甲醇蒸汽冷凝熱可以用作常壓精餾塔塔底再沸器熱源，減少了水蒸汽和冷卻水消耗，從而使得精餾過程總的能耗可比二塔流程低20%～30%。從清潔環保角度來講，也應該采取三塔精餾工藝。
3.甲醇生產工藝的選擇
甲醇的生產現已大規模連續化，生產過程中要求合成氣中（H2+CO）含量高，要求煤氣化工藝更成熟可靠，效率更高。結合產品的質量要求、環境友好以及不同工藝設備的技術特點，煤制甲醇工藝的選擇應依據以下原則：
3.1 適用性
不同的煤氣化技術適用于不同的煤種，硬根據所用煤的質量、性質、品種等選擇合適的煤氣化工藝及后續工藝。
3.2 可靠性
技術必須成熟可靠，在保證產品質量和生產能力的前提下，設備裝置應能連續穩定運轉。
3.3 先進性
先進性體現在產品質量性能、設備水平和工藝水平等方面，先進性決定項目的市場競爭力，應全面研究工藝技術的現狀和發展趨勢，深入探討是否可以采用更為先進的工藝技術。安全環保性，煤化工生產過程容易產生大量煤粉、"三廢"等污染物，應選用安全環保的工藝進行安全、清潔生產。
甲醇用作燃料，排放氣中的一氧化碳，氮氧化物等含量降低，是一種環境友好的燃料，尤為重要的是，對于我國來說，能夠降低對石油的依賴程度，優化能源結構。但是在甲醇生產工藝選擇上，一定要根據實際情況，遵循適用、安全可靠、經濟環保、技術先進的原則。
參考文獻
煤氣化技術的基本原理范文2
關鍵詞 撞擊流反應器 吸收劑 石灰乳法 脫硫
0引言
我國是世界上最大的煤炭生產和消費國家之一，煤炭在中能源結構中的比例高達76.2%，且高硫煤較多，所產生的含硫化合物氣體一般都是具有毒性的物質，不僅會引起儀器設備、管路腐蝕、催化劑中毒和產品質量下降等問題，還會對人的健康產生嚴重的威脅，會引發呼吸道等疾病，因此就對人體的健康、大氣環境的保護、延長儀器等設備與催化劑的有效壽命而言，對含硫廢氣的污染采取相應技術進行脫硫是勢在必行的，同時如何實現燃料燃燒后含硫廢氣的處理也是廣大工程研究人員所面臨的共同問題。燃煤產生的SO2污染空氣是全球性重大環保問題，受到普遍關注，因此對SO2污染的控制已經成為目前我國大氣污染控制領域最緊迫的任務。
我國目前應用的有燃燒前、燃燒過程中和燃燒煙氣脫硫等幾種不同的處理方案，其中因技術和經濟上比較合理而最具有實用價值的是煙氣脫硫（flue gas desulfurization-FGD）。已研發的FGD技術有干法、半干法和濕法，其中以濕法（堿法、氨法、鈣法）脫硫最為切實可行，操作費用較低、運行穩定可靠，目前工業應用的程度也最高。
1撞擊流技術
1.1撞擊流技術簡介
撞擊流的概念由Elperin首先提出，但其應用可追溯到20世紀50年代初開發的 Koppers-Totzek 粉煤氣化爐。撞擊流（Impinging streams，IS）是一種較新穎的技術方法。以氣-固兩相體系為例，撞擊流的基本原理如圖 1所示。兩股兩相流相向高速流動撞擊，結果在兩加速管之間造成一個高度湍動的撞擊區。氣流在撞擊面上軸向速度趨于0并轉為徑向流動。顆?？山鍛T性滲入反向流并在開始滲入的瞬間相間相對速度達到極大值；隨后在摩擦阻力作用下減速直到軸向速度衰減為0，隨后又被反向加速向撞擊面運動，并可能再次滲入原來氣流，在軸線附近的顆粒在兩股相向流體間往復滲透可多達6次。于是，撞擊區高度湍動和很大的相間相對速度提供了極佳的傳遞條件。已經證明，撞擊流是強化相間傳遞尤其是外擴散控制的傳遞過程最有效的方法之一，傳遞系數可比一般方法提高數倍到十幾倍其基本原理是：兩股等量兩相流沿同軸相向流動，并在中點處撞擊，如圖1所示。其結果是在兩根加速管之間造成一個高度湍動的撞擊區，大大地強化了傳遞過程。
1.2撞擊流脫硫技術的優勢
20 世紀90 年代中期以前的30 多年間，撞擊流領域有關傳遞過程的研究最為集中。強化相間傳遞是撞擊流極具吸引力的重要性質。Tamir 等對多種物系和多種單元過程實驗研究的結果表明，撞擊流中相間傳遞系數，特別是兩相密度差很大和外擴散控制過程的傳質系數，可以比傳統過程提高數倍到十幾倍。黃凱等所作循環撞擊流干燥研究，根據測定容積蒸發系數推算傳遞系數，也得到相同的結論。Matthias 等較近測定了撞擊流反應器中的容積傳質系數，得出：在輸入功率≤0.6 kW/m3 范圍內反應器各部分對傳質的貢獻相似，但在≥0.7 kW/m3范圍內傳質系數主要受撞擊區及其下面傳質過程的影響。唐山三友集團興達化纖公司采用撞擊流氣液反應器，脫除化纖生產尾氣中的H2S，結果表明以NaOH為脫硫劑，經二級撞擊流氣液反應器吸收脫硫后，尾氣中H2S含量達到了國家排放標準。
在應用中其主要優勢為：（1）降低設備投資成本。撞擊流氣液反應器充分利用了本身具有良好的微觀混合、可大大強化傳遞過程的特點，因而使其結構簡單，設備尺寸小，可節省設備投資。如武漢鋼鐵公司焦化廠，焦化尾氣量140萬m3/h，SO2的含量為1500～2000 mg/m3，采用中鋼設備有限公司的塔式氨法脫硫技術，其設備投資達1.2億元，若采用撞擊流脫硫技術，估計設備投資可降至7000萬元。（2）降低運行成本。撞擊流氣液反應器，由于在導氣管內裝有壓力漩渦噴嘴，可將脫硫液分散成幾十微米的液滴，可大大增加氣液接觸面積，再加上其良好的微觀混合，強化傳質和脫硫反應過程，因而可大大降低液氣比；其次，由于塔式法的脫硫液循環量大，使得整個物料輸送的電耗都會不同程度的增大。（3）氣相阻力小。相對塔式濕法脫硫裝置而言，撞擊流氣液反應器的氣相阻力要低，一般塔式設備阻力約為1500～2000 Pa。（4）安全性高、占地面積小、操作彈性大。目前很多環保工程公司，除了脫硫塔主體設備外，其余如乳化槽、再生槽、沉降池均為地槽，既不衛生，更不安全，且將上述土建投資留給業主。而采用本撞擊流脫硫技術，所有設備均為地上結構，無地槽，操作方便，環境衛生，安全性高，并可為業主節省大量的土建資金。
2石灰乳法脫硫工作原理
石灰乳法使用氫氧化鈣溶液吸收尾氣中的SO2，生成SO32-與SO42-，反應方程式如下：
（1）脫硫過程
（2） 氧化過程
石灰乳法脫硫工藝以石灰粉作為主脫硫劑，氫氧化鈣不斷循環利用。因在吸收過程中以氫氧化鈣作吸收液，系統不會出現結垢堵塞現象，故運行安全可靠，可達到較高的二氧化硫脫除率。
3撞擊流脫硫工藝流程
3.1 氣體流程
尾氣通過進氣總管進入反應器，然后通過分氣管在撞擊流反應器中與霧化后的氫氧化鈣液充分接觸混合，除去尾氣中的二氧化硫氣體，由吸收塔頂部引入煙囪排放。反應過程為：
（1） 脫硫過程
（2） 氧化過程
3.2液體流程
將濃度約5%的氫氧化鈣送至吸收劑儲槽，由高壓泵送至反應器內，從導流筒中的旋渦壓力噴嘴噴出，在吸收區內吸收尾氣中的SO2后，送入再生槽，部分清液回流，再生槽中與新加入的吸收劑一起進入沉降池出去固體顆粒，避免堵塞管道，沉降后的清液由泵輸入混合槽與回流的清液進行混合，然后一起送至反應器內，從導流筒中的旋渦壓力噴嘴噴出，在吸收區內吸收尾氣中的氣溶膠顆粒后，回流至循環儲槽，如此循環，當吸收液循環吸收。
石灰乳法脫硫工藝以氫氧化鈣為脫硫劑，不斷循環利用。由于氫氧化鈣吸收液與二氧化硫反應的速率快，加之撞擊流氣液反應器良好的微觀混合，強化了傳遞過程，故能在較小的液氣比條件下，可實現脫硫工藝。
4小結
撞擊流反應器石灰乳法脫除工業廢氣中SO2主要依據撞擊流反應器的主要特性，以及其能夠極大地增強氣液之間傳質的優點，以氫氧化鈣為吸收液吸收工業廢氣中二氧化硫，將石灰乳法與撞擊流反應器相結合，能在較小的液氣比條件下，可達到較高的二氧化硫脫除率。
參考文獻
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